基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI倍頻技術(shù)中色散影響的研究與分析

王明曄　蘇艷茹　薛德友

摘 要：信息時(shí)代的到來推動(dòng)了寬帶技術(shù)的快速發(fā)展，而光纖成為寬帶通信不可缺少的一部分。利用光倍頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波副載波更是光通信行業(yè)的熱點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上就傳統(tǒng)的光倍頻技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，建立基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI的新型倍頻系統(tǒng)，進(jìn)而分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理和性能，重點(diǎn)對(duì)該技術(shù)中色散的影響進(jìn)行研究與分析。

關(guān)鍵詞：色散；微波副載波；光倍頻；馬赫-曾德爾干涉儀

Researching of the chromatic dispersion effects

on the Optical Frequency Multiplication Technology

Based On Intensity Modulater And Mach-Zehnder Interferometer

Wang ming-ye Su yan-ru Xue de-you

（Air force Da lian communication sergeangt academy information network departmeng）

Abstract：In first，this text introduced the conventional Optical Frequency Multiplication technology，a nem system Optical Frequency Multiplication systems based on modulater and Mach-Zehnder interferometer is founded， and then reseached the technique， otherthan studied on the chromatic dispersion effect on the Optical Frequency Multiplication Technology.

Key words：Chromatic；Microwave subcarrier；OFM；MZI

1 引言

隨著寬帶的進(jìn)入，人們對(duì)通信容量也有了越來越多的要求，結(jié)合光纖通信技術(shù)的低傳輸損耗和巨大帶寬資源使人們將目光轉(zhuǎn)向光纖通信與微波技術(shù)的結(jié)合，由此微波光纖傳輸（ROF）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種組合通信方式利用光纖鏈路代替大氣介質(zhì)來傳送微波射頻信號(hào)，兼具了光纖通信和微波通信的優(yōu)點(diǎn)，成為滿足人們對(duì)寬帶業(yè)務(wù)需求的極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。近年來，ROF系統(tǒng)中利用光倍頻技術(shù)（OFM）實(shí)現(xiàn)微波副載波更是尤為矚目。傳統(tǒng)的OFM是將低頻射頻信號(hào)通過相位調(diào)制器光處理實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)[1]，美中不足的是色散也對(duì)系統(tǒng)存在一定影響。本文提出一種改進(jìn)式的倍頻技術(shù)——基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI的倍頻技術(shù)，系統(tǒng)中色散對(duì)其影響也得到進(jìn)一步改善。

2 OFM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI倍頻系統(tǒng)由兩部分組成：頭端和遠(yuǎn)程接入單元，結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)仍是通過激光二極管實(shí)現(xiàn)光信號(hào)，但在頭端主要采用強(qiáng)度調(diào)制器處理低射頻掃描信號(hào)，掃描電信號(hào)經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制到激光二極管產(chǎn)生的光波上，調(diào)制后的信號(hào)以光波形式通過馬赫-曾德爾干涉儀的周期濾波作用變頻至微波段，再由光纖傳送到遠(yuǎn)程接入單元；在遠(yuǎn)程接入單元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的電信號(hào)中含有原掃描信號(hào)的高階諧波，最后帶通濾波器獲取所需的微波副載波。

2.2 系統(tǒng)原理

強(qiáng)度調(diào)制器可選如鈮酸鋰（LiNbO3）強(qiáng)度調(diào)制器，比較于相位調(diào)制器，LiNbO3強(qiáng)度調(diào)制器帶寬較寬，理論上可獲得寬度達(dá)100GHz的寬帶頻率輸出，還具有可抑制啁啾，低成本， 高可靠性等眾多優(yōu)點(diǎn)[2]。LiNbO3強(qiáng)度調(diào)制器的外加電信號(hào)通過兩個(gè)干涉臂加到光波導(dǎo)上，對(duì)光載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，輸入光波在Y型分路器被分成相等的兩部分，每部分光波分別通過光波導(dǎo)的兩個(gè)支路，然后在Y型和路器匯合成一個(gè)光波。在強(qiáng)度調(diào)制器的兩臂上加上電壓后，由于電光作用使得兩支路中的波導(dǎo)折射率發(fā)生變化，輸入光波也隨之發(fā)生變化。理想條件下，兩個(gè)干涉臂完全對(duì)稱，且兩臂上的電信號(hào)等幅反相，不產(chǎn)生頻率啁啾[2]。但在實(shí)際上，兩干涉臂和外加信號(hào)不完全對(duì)稱，需要補(bǔ)償。補(bǔ)償后系統(tǒng)輸出副載波信號(hào)強(qiáng)度如公式（1）。觀察公式（1），發(fā)現(xiàn)式中除了含有支流分量外，還含有一些掃描信號(hào)頻率的2n倍和2n+1倍的一些分量。也就是說，經(jīng)過系統(tǒng)可產(chǎn)生一些掃描信號(hào)的高階分量，實(shí)現(xiàn)更高頻率微波副載波的輸出。

3 色散對(duì)系統(tǒng)的影響研究

3.1 色散的形成

色散是光纖的傳輸特性之一。由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度，造成了一系列脈沖展寬，導(dǎo)致脈沖與脈沖之間的重疊，產(chǎn)生干擾，形成色散，因此色散與光信號(hào)沿著光纖傳播時(shí)產(chǎn)生的脈沖展寬有關(guān)，展寬越寬色散越大。單模光纖的色散主要是材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散，在許多實(shí)例中，材料色散具有主要影響[3]。

為了分析OFM系統(tǒng)在單模光纖中傳輸所受色散的影響，搭建了分析色散影響的OFM系統(tǒng)模型，主要觀察分析了0～50公里之間基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI的OFM系統(tǒng)射頻信號(hào)輸出情況。仿真進(jìn)行在1550nm，并且色散參數(shù)為16ps/nm·km，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)單模硅光纖，分析系統(tǒng)在單模光纖中傳輸諧波強(qiáng)度所受色散的影響。如圖2所示，光纖鏈路選取50公里時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生諧波輸出情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過50公里的光纖鏈路，仍然有高階諧波輸出，其中前12階諧波還能夠很好的檢測(cè)到。

3.2 色散影響分析

圖3是搭建的仿真模型，以前六階諧波微波信號(hào)為例，分析了單模光纖中色散對(duì)系統(tǒng)的影響，結(jié)果如下表所示。對(duì)比表1所得參數(shù)，信號(hào)經(jīng)過50km長的光纖鏈路，傳輸中沒有出現(xiàn)零值點(diǎn)，可正常傳輸，也就是說系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前六階諧波的傳輸距離可以超過50km。此外，發(fā)現(xiàn)信號(hào)在前40公里范圍內(nèi)傳輸衰落損耗很小，并且在20公里左右位置上幅度達(dá)到峰值，40公里～50公里之間出現(xiàn)衰落較大，大約有11.8dB損耗。

3.3 系統(tǒng)傳輸分析

為了分析基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI光倍頻技術(shù)的ROF系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量，測(cè)試了頻率500MHz數(shù)字信號(hào)，在掃描信號(hào)頻率 =5GHz系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量。測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的15GHz信號(hào)，傳輸50公里后接收信號(hào)質(zhì)量很好，檢測(cè)結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。此外，在70公里處檢測(cè)到的眼圖仍是張開的，但是張度已經(jīng)很小，可見信號(hào)在單模光纖中傳輸70公里后損耗是非常大的。最后檢測(cè)了傳輸80公里后的信號(hào)眼圖，發(fā)現(xiàn)完全沒有張度，也就是說，該系統(tǒng)暫時(shí)還無法將信號(hào)傳輸超越80公里。

4 結(jié)束語

基于強(qiáng)度調(diào)制器和MZI倍頻系統(tǒng)信號(hào)在單模光纖中傳輸，色散對(duì)其影響非常小，因此該技術(shù)可以在單模光纖中推廣應(yīng)用。在以后的開發(fā)研究中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的優(yōu)缺點(diǎn)，希望能取其長棄其短，使該技術(shù)得到發(fā)展，廣泛地應(yīng)用到無線寬帶網(wǎng)通信領(lǐng)域中以及更多領(lǐng)域。

[參考文獻(xiàn)]

[1]A.Ng'oma.Radio-over-Fibre Technology for Broadband Wireless Communication Systems.Eindhoven University of Technology【J】.2005.

[2]黃亨沛，傘海生，張家寶，祝寧華.LiNbO3電光調(diào)制器的小信號(hào)功率測(cè)試法研究【M】.光電子·激光，2006.

[3]張明德，孫小菡.光纖通信原理與系統(tǒng)【M】.東南大學(xué)出版社.